城市洪涝仿真模型地下排水计算方法的改进

为了增强对城市地下排水的模拟能力,获取更为详细的计算结果信息,提高城市洪涝分析水平,对现有洪涝仿真模型的地下排水计算进行了改进,提出在同一模型中对排水管网采用简化和细化相结合的计算方式。简化计算采用等效体积法实现,细化计算采用建立真实管网的一维动力波方程实现,并在特殊道路通道和网格上实现地上、地下水流交换。同时,在降雨产流计算中考虑地面透水性,形成了面向城市降雨产、汇流和排水的洪涝全过程模拟模型。改进后的模型对地下排水的模拟适用性更强,计算结果更为丰富,提高了区间暴雨导致的城市洪涝模拟能力。文中以上海市蕴南控制片洪涝分析计算为例,说明改进模型可获得较好的应用效果。     

城市雨洪排涝计算模型研究

城市街道积水回流对地下管网排水影响显著,为了反映地表回流的影响,提出了包含街道和管道的双层排水结构模型,通过虚拟连接通道进行地表和地下排水系统的水量交换,并推导了通道过流量的计算方法,实现了街道积水回流的模拟,建立了完整的城市雨洪排涝计算模型。利用典型案例对模型计算进行验证,结果表明:该模型可模拟街面积水和过流过程,在发生街道漫流的情况下,计算结果合理,较传统模拟方法更贴近实际。     

地表径流速度对城市内涝影响规律

为分析地表径流速度对城市内涝的影响,采用一维地下排水管网与二维城区地形的动态耦合模型,选取大连市某排水区块作为研究区域,设置4种地表径流速度10种设计降雨场景,模拟分析在不同重现期设计降雨及不同地表径流速度下研究区的内涝积水特性.结果表明:随着地表径流速度降低,管道排水压力变小,管道排水达标率最高可提升48.05％,且...     

城市洪涝模型及CPU-GPU异构并行计算技术研究进展

在全球气候变暖和城市化背景下，城市洪涝问题日益严峻。为尽可能减少城市洪涝灾害造成的损失，提高城市对突发性强降雨事件的应急处理水平，开展城市洪涝数值模拟技术研究具有十分重要的意义。本文从城市洪涝精细化和高效模拟角度出发，综述了城市洪涝模型、CPU-GPU异构并行计算的研究进展，系统总结了产汇流模型、一维河道/管网模型、二维地表模型、耦合模型、快速城市洪涝模型的构建方法和CPU-GPU异构并行计算的关键技术。针对当前城市洪涝模型研究中的不足之处，需要开展城市洪涝过程全物理机制模拟研究，深入分析全水动力城市洪涝模型的适用性、模拟精度和计算效率；还需基于异构并行计算技术，实现城市洪涝模型一维河道/管网、二维地表淹没的快速模拟，为城市暴雨洪涝精细化与高效模拟奠定基础。     

二维地表水动力模型与SWMM耦合研究及应用

在高性能高分辨率的二维地表水动力模型基础上,将SWMM模型模拟得到的地下管网节点溢流情况,作为二维地表模型的源汇项,耦合地表二维水动力模型与地下管网模型,对城市暴雨内涝进行模拟。结果表明:该方法无时间尺度问题、数据交换方便,易于实现地表二维水动力模型和地下管网模型的耦合,模拟结果准确。     

基于复杂高密度管网结构优化技术的银川城区排水过程高效模拟方法

为高效高精度模拟大尺度城区的排水过程,掌握城市地表径流机制和管网排水规律,以银川市约310 km²的城区为研究区域,应用耦合地表径流及城市地下管网排水过程的GAST模型,结合当地污水处理厂、管网、地形和土地利用等特征,基于普适性的数字地形高程DEM数据处理、土地利用类型划分、合流制排水管网和污水处理厂概化等技术,提出了一种基于复杂高密度管网结构优化技术的城区排水过程高效模拟方法。采用理想地形和实际地形对该方法模拟的精度和效率进行了验证,结果表明：对一级支管做删除概化处理对实际的管网排水过程模拟结果影响较小,20.46 km²区域内一二维耦合节点数可削减27.8%,模型计算效率提高12.18%,且研究区域越大,计算效率提升越明显;模拟结果与实测值误差在6%以内,在保证模拟精度的同时大幅提高了计算效率。     

基于KYPIPE的农村供水系统水锤防护设计

针对山区农村供水管网系统输水距离长、管路弯曲多以及阀门启闭频繁,极易引起管路水锤现象致使管网系统安全运行风险增大的问题,以某水库供水系统为例,结合农村供水管网系统特性及水锤现象产生的机理,运用动态流体分析软件KYPIPE,建立农村供水管网系统水力模型,进行管网及阀门附件的数值模拟。基于水锤防护措施,设计多种水锤防护设计方案,并进行多工况的稳态分析和瞬态计算分析,提出农村供水管网系统水锤防护最优方案。     

城市洪涝试验研究进展

城市洪涝物理试验与原型试验是开展数值模型验证及提高预报预警精度的重要手段。从城市产流过程、地表洪水演进以及地表径流与管网水流交互三方面,综述了近年来国内外城市洪涝试验的研究进展。针对目前城市洪涝试验研究中存在的不足,指出今后应完善现有城市产汇流过程相关机理方面的试验研究,深入研究地表与管网垂向交互过程,加强与城市洪涝期间的流动行为密切相关过程的定量试验研究。     

管网直联泵站水锤的数值模拟

用数值模拟方法对管网直联泵站停泵水锤问题进行了研究 ,涉及到数学物理建模过程中的管网简化、边界条件、终端泄流节点模拟元件处理等若干重要问题 ,并给出了部分计算结果。     

城市排水管网与内部河道耦合模拟研究

基于城市排水管网模拟系统(DigitalWater Simulation),将城市内部河道与排水管网相互关联,分析河道水位与流量控制对城市管网排水能力以及上游区域积水内涝的影响。模拟结果表明,河道在高水位条件下,会对排水管网排水产生顶托作用,造成上游检查井液位上升,雨水管道充满度上升、流速下降,同时地表积水淹没范围扩大,积水深度增加,淹没持续时间增加。因此,应在雨水管网模拟评估时,将排水管网与城市内部河道进行耦合模拟评估,分析不同控制水位对排水系统的影响,确定汛期城市内部河道的合理运行水位,通过河道水工设施的动态调控,增强城市的排水防涝能力。     

中国城市排水之问

论述城市雨洪的形成、洪涝的基本类型以及城市排水系统的水文学和水力学基础。总结了中国城市排水存在的主要问题：城市发展快速、粗放;城市建设重地表轻地下;排水系统设计标准偏低且升级困难;城市建设防汛意识淡薄,灾害预警能力不达标等。提出了若干解决中国城市排水问题的措施:从整体上规划布局地下排水管网建设;修订暴雨强度公式,提高排水设计标准;实施雨污分流,整治城市河道;改造不透水下垫面,增加渗透铺装、绿地和湿地面积;建立长效管理体制,加强灾害预警等。     

分区层化立体多重天津城市暴雨内涝模型研究

该文以城市下垫面空间差异性分区为重点,重新构建天津城市暴雨内涝模型,以城市地表与明渠河道水流运动为主要模拟对象,基本控制方程以平面二维非恒定流的基本方程为骨架,将河网、路网、管网和社区的计算网格分层划分,形成相对独立的河网、路网、管网和社区的计算模拟体系,形成分区分层和立体多重的模型计算模式。针对2018年7月24日台风"安比"降雨过程造成的天津城区内涝灾害,结合自动积水监测数据,对模型模拟结果进行验证,结果表明,内涝模型模拟的积水监测点最大积水深度与实况积水深度平均绝对误差小于0.1m,模拟积水过程与实况积水过程变化趋势基本一致,一致指数达到77%,模型具有一定的模拟精度。     

城市复合排水系统工程对暴雨径流的管理效果研究

暴雨径流引起的城市雨洪灾害引起城市居民和建设部门越来越多的重视,针对我国城市地下排水系统建设不足和超负荷运转的现状,如何构建有效的生态化排水系统在短期内实现对城市区暴雨径流的管理成为了目前的研究热点之一。把国内外得到广泛认可同时在我国也具有一定实践、应用的下凹绿地工程、普通植草沟、渗透型植草沟和生态水塘工程与地下雨水管网系统进行耦合,构建了包含地表生态工程系统与现状地下雨水管网工程在内的复合排水系统模式(E-CSO),并利用城市暴雨处理及分析集成模型系统(SUSTAIN1.2)比较了复合排水系统模式(E-CSO)与现状地下雨水管网排水系统模式(CSO)和研究区开发前的自然排水系统模式(N-CSO)对研究区暴雨径流的管理效果进行了模拟。     

浅议基于GIS的城区分布式水文模型研究

通过分析减轻城市洪涝灾害损失以及城市雨洪资源化对我国的经济和社会稳定发展的重要意义,对比国内外城市水文模型的研究现状,将GIS引入到城区水循环模拟过程中,将城区地表和地下排水管道通过GIS叠加起来,提出基于GIS的城区分布式水文模型的构思,提出了具体的研究目标与内容,并给出了结论和建议.     

洪水分析软件在洪水风险图编制中的应用

依托全国重点地区洪水风险图编制项目,中国水利水电科学研究院主持开展了洪水分析软件研发,通过整合国内优势模型技术,开发了包括复杂水利工程调度模拟的一维河网计算引擎,高分辨率二维洪水分析计算引擎、快速非结构网格生成模块,集成国内外广泛使用的SWMM管网模型,基于自主研发的GIS平台,完成了一维、二维洪水模型和城市管网模型的前后处理功能研发,实现了一二维耦合以及城市管网与二维模型耦合。形成了两个软件产品,为中小河流、防洪保护区、蓄滞洪区以及城市洪水分析提供技术支撑。     

基于GIS的供水管网爆管事故状态的分析研究

目前城市管网爆管缺乏有效的安全保障技术和事故快速处理能力,已成为供水安全的重要问题,并直接影响城市公共安全。以某GIS软件作为平台,通过对供水管网的运行工况进行模拟研究,为确定爆管位置和爆管程度以及爆管影响范围提出思路。     

城市洪水模型在东莞城区洪水风险图编制中的应用

城市中密集的建筑和复杂的地下管网,给城市洪水模型构建及模拟带来了巨大困难,在很大程度上阻碍了城市洪水风险图技术的发展。为解决城市洪水模拟中密集的建筑和复杂的地下管网的问题,采用基于容积率系数二维浅水方程法模拟城市地表径流,并耦合动力波管网模拟方法,建立城市洪水模型。结果表明,该模型能够较好的模拟东莞城区城市洪水形势,同时,基于模型编制了东莞城区洪水风险图,为东莞城区防洪减灾提供了重要决策支持。     

耦合地表水动力过程的管网排水模型研究

现今防洪排涝已成为城市发展亟需解决的重要问题之一,排水管网是支撑城市防洪排涝的重要基础设施,准确模拟其不同条件下的排水过程有助于检验管网排水能力。该文建立了地表水动力和排水管网的耦合模型,并采用了树状和环状两种典型管网结构作为验证算例,探明模型的计算效率及其适用性。模拟结果表明,所开发的模型对树状管网的流量过程模拟效果最好,环状管网次之。树状管网模拟结果与文献值的相关系数R~2为0.99,NSE为0.98,峰值流量计算误差小于1%;环状管网模拟的R~2为0.96,NSE大于0.9,环状管网模拟结果优于文献值。该文同时将模型应用于某小区排口流过程线的计算,模拟的三场降雨排口流量过程NSE值分别为0.79、0.92和0.72,表明该模型能够良好运用于城市管网排水过程的模拟。     

地表点源滴灌土壤水分运动的动力学模型与数值模拟

本文提出了一种地表点源土壤水分入渗的数值模拟模型.采用ADI隐式差分格式将土壤水分入渗方程离散，用Gauess-Seidel迭代算法求解非线性差分方程.利用质量平衡原理对地表饱和区进行了动态处理.结果表明，数值计算结果较吻合于实测数据，所提出的数值模型既适用于均质土壤，也适用于成层土壤.     

城市构筑物暴雨内涝分层模拟技术及应用

气候变化和城市快速发展,导致我国城市洪涝问题日益突出。城市洪涝模拟是当前城市洪涝灾害风险管理领域研究热点,但国内外依然缺乏针对城市多层构筑物的精细模拟技术和方法。城市立交桥,是一种典型的城市多层构筑物,极易遭受洪涝灾害,并对城市交通造成严重影响。以城市立交桥为代表,在现有全分布式城市暴雨内涝模型基础上,结合城市立交桥的特点,提出一种分层模拟技术,并从网格分层构建、分层产汇流计算、地表与管网分层耦合和上层网格排水等方面详细阐述了分层模拟技术。将该分层模拟技术应用于深圳市罗芳立交桥2018年“8.29”暴雨积水过程模拟,与单层模拟方法相比,多层模拟结果更接近上报积水信息。研究表明,分层模拟技术更能准确表达城市复杂多层建筑物的实际暴雨内涝过程。